特高频/甚高频频段OFDM无线通信系统中同步技术的研究及FPGA实现

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本文对正交频分复用(OFDM)系统中的同步技术进行较详细的研究与分析,针对实际应用在甚高频和特高频频段内设计了一个以里德-索罗蒙(RS)编码、多进制正交幅度调制和傅立叶变换为核心的基带无线通信系统,研究并选择了适合该系统的基带同步算法,并利用FPGA芯片对该系统的同步算法进行硬件实现,为最终在19.5kHz带宽(未含保护频带)内能够实现有用信息传输速率为67.5kbit/s、有效频带利用率为3.46bit/s/Hz的实时通信奠定了较好的基础。   本文主要目标是理论研究,软件仿真及硬件实现正交频分复用通信系统的同步算法。经过大量分析和比较,我们采用了其中一些低复杂度但性能仍然较好的帧同步,符号定时同步和频率同步方案。针对本系统的特点,我们对以上几种算法均进行了改进,降低了运算的复杂度和误符号率,仿真结果表明,运用这些同步方法以后,在信噪比25分贝时,误比特率低于10-5,满足系统的设计要求。   本系统同步算法的硬件实现分帧同步,小数频偏估计和补偿,整数频偏估计和补偿三部分。在第一部分中,通过两个启动时间不同的模块分别寻找两帧中的最小能量比值,通过最小值的位置来判断帧起始位置,然后将完整的帧信号交替输出,达到了不间断的提供有效数据的效果。接下来我们将坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法和快速傅立叶变换(FFT)算法应用到后两部分中。通过对基四算法和基二算法占用资源进行比较,选择适合本系统的基二频率抽取算法。在反正切与频偏补偿算法中,采用了时分复用结构的坐标旋转数字计算机算法,同使用纯组合逻辑来实现该算法相比,节约了大量可编程资源,提高了运算精度。经过多方面的优化,最终在FPGA芯片EP2C20中占用了不到一半的可编程资源实现了帧同步及频率同步算法。
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